estudo comparativo no dimensionamento de um …

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1 ARTIGO TÉCNICO 1 2 ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM EDIFÍCIO UTILIZANDO 3 O CÁLCULO MANUAL E SOFTWARE ESTRUTURAIS 4 (1) Otávio dos Santos Krauss Ribeiro 5 (2) Leonardo Carvalho Mesquita 6 (1) Graduando em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Viçosa Campus Rio Paranaíba 7 (2) Professor Auxiliar da Universidade Federal de Viçosa Campus Rio Paranaíba 8 9 Presidente da banca: Leonardo Carvalho Mesquita 10 Membro 1: Lucas Martins Guimarães 11 Membro 2: Diogo Soares Resende 12 20 de Fevereiro de 2017 13 RESUMO: O projeto estrutural de uma obra é responsável por proporcionar segurança, 14 funcionalidade e durabilidade às edificações. Durante o dimensionamento a interpretação e a análise 15 do comportamento real de uma estrutura são, geralmente, complexas e difíceis de realizar sem a 16 ajuda de programas computacionais. Devido a essa complexidade e a exigência com prazos, 17 encontram-se hoje no mercado diversos softwares que viabilizam o cálculo estrutural. A crescente 18 aplicação desses programas conduziu a uma série de dúvidas aos engenheiros e estudantes de 19 engenharia, por exemplo, qual o mais adequado e econômico ou quais as diferenças entre eles. Em 20 consequência disso, o presente trabalho teve como objetivo estabelecer um comparativo entre o 21 cálculo estrutural manual de um edifício e três softwares muito utilizados no mercado. A princípio 22 foi trabalhado o software CypeCad (CYPE, 2016) que, trata-se de um programa desenvolvido na 23 Espanha e é comumente empregado para dimensionamento de estruturas em concreto armado. 24 Posteriormente foi utilizado o Eberick (AltoQi, 2015), de atribuições similares ao anterior e é um 25 software brasileiro. Em seguida foi aplicado o Sistema TQS (TQS Informática, 2017), também 26 brasileiro e destinado à elaboração de projetos estruturais. Todos os métodos de cálculo executados 27 foram realizados como base as normativas ABNT NBR 6118:2014, ABNT NBR 6120:1980, ABNT 28 NBR 7480:1996, ABNT NBR 6123:1988 e ABNT NBR 8681:2002. A sequência de procedimentos 29 foi realizada similarmente para os quatro métodos. A primeira análise realizada foi referente às 30 cargas que chegam às fundações, na qual os resultados obtidos foram bastante semelhantes entre os 31 softwares e o cálculo manual. Num segundo instante comparou-se os esforços do vento na estrutura 32 que, apresentaram valores coerentes e semelhantes entre eles. Por fim foram realizadas 33 comparações entre cada tipo de elemento (pilares, vigas e lajes) do edifício, na qual os resultados 34 mostraram que os softwares apresentaram diferenças na área de aço efetiva. De modo geral o 35

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Page 1: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

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ARTIGO TÉCNICO 1 2

ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM EDIFÍCIO UTILIZANDO 3

O CÁLCULO MANUAL E SOFTWARE ESTRUTURAIS 4

(1) Otávio dos Santos Krauss Ribeiro 5

(2) Leonardo Carvalho Mesquita 6

(1) Graduando em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Viçosa Campus Rio Paranaíba 7

(2) Professor Auxiliar da Universidade Federal de Viçosa Campus Rio Paranaíba 8

9

Presidente da banca: Leonardo Carvalho Mesquita 10

Membro 1: Lucas Martins Guimarães 11

Membro 2: Diogo Soares Resende 12

20 de Fevereiro de 2017 13

RESUMO: O projeto estrutural de uma obra é responsável por proporcionar segurança, 14

funcionalidade e durabilidade às edificações. Durante o dimensionamento a interpretação e a análise 15

do comportamento real de uma estrutura são, geralmente, complexas e difíceis de realizar sem a 16

ajuda de programas computacionais. Devido a essa complexidade e a exigência com prazos, 17

encontram-se hoje no mercado diversos softwares que viabilizam o cálculo estrutural. A crescente 18

aplicação desses programas conduziu a uma série de dúvidas aos engenheiros e estudantes de 19

engenharia, por exemplo, qual o mais adequado e econômico ou quais as diferenças entre eles. Em 20

consequência disso, o presente trabalho teve como objetivo estabelecer um comparativo entre o 21

cálculo estrutural manual de um edifício e três softwares muito utilizados no mercado. A princípio 22

foi trabalhado o software CypeCad (CYPE, 2016) que, trata-se de um programa desenvolvido na 23

Espanha e é comumente empregado para dimensionamento de estruturas em concreto armado. 24

Posteriormente foi utilizado o Eberick (AltoQi, 2015), de atribuições similares ao anterior e é um 25

software brasileiro. Em seguida foi aplicado o Sistema TQS (TQS Informática, 2017), também 26

brasileiro e destinado à elaboração de projetos estruturais. Todos os métodos de cálculo executados 27

foram realizados como base as normativas ABNT NBR 6118:2014, ABNT NBR 6120:1980, ABNT 28

NBR 7480:1996, ABNT NBR 6123:1988 e ABNT NBR 8681:2002. A sequência de procedimentos 29

foi realizada similarmente para os quatro métodos. A primeira análise realizada foi referente às 30

cargas que chegam às fundações, na qual os resultados obtidos foram bastante semelhantes entre os 31

softwares e o cálculo manual. Num segundo instante comparou-se os esforços do vento na estrutura 32

que, apresentaram valores coerentes e semelhantes entre eles. Por fim foram realizadas 33

comparações entre cada tipo de elemento (pilares, vigas e lajes) do edifício, na qual os resultados 34

mostraram que os softwares apresentaram diferenças na área de aço efetiva. De modo geral o 35

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software CypeCad (CYPE, 2016) obteve resultados próximos aos do cálculo manual enquanto os 36

softwares Eberick (AltoQi, 2015) e TQS (TQS Informática, 2017) apresentaram áreas de aço efetiva 37

maiores. 38

PALAVRAS-CHAVES: CypeCad, Eberick, TQS, Concreto Armado, Comparação. 39

ABSTRACT: The structural design of a building is responsible for providing safety, functionality 40

and durability to it. During sizing the interpretation and analysis of the actual behavior of a structure 41

are usually difficult to do without the aid of computer programs. Nowadays, there are many 42

software on the market that allow the structural calculation due to this complexity and the present 43

requirement of deadlines in the civil construction. The increasing application of these programs has 44

brought some doubts to engineers and engineering students. For example, which is the most 45

appropriate and economical, or the differences between them. Therefore, the present work had as 46

objective to establish a comparison between the manual structural calculation of a building and 47

three softwares widely used for the structural dimensioning. At first, the software CypeCad (CYPE, 48

2016) was used. It is a program developed in Spain and is commonly used for sizing structures in 49

reinforced concrete. Later Eberick (AltoQi, 2015) was used, which has similar attributions to the 50

previous one. It is a brazilian software. Next, the TQS System (TQS Informática, 2017), also 51

brazilian System was applied and for the elaboration of structural projects. All the calculation 52

methods performed were based on ABNT NBR 6118:2014, ABNT NBR 6120:1980, ABNT NBR 53

7480:1996, ABNT NBR 6123:1988 and ABNT NBR 8681:2002. The sequence of procedures was 54

performed similarly for the four methods in order to obtain a true and fair comparison. The first 55

analysis was about the loads that reach the foundations. The results obtained were quite similar 56

between software and manual calculation. In a second moment the efforts of the wind in the 57

structure were compared, which presented coherent and similar values between them. Finally, 58

comparisons were made between each type of element (columns, beams and slabs) of the building. 59

The results showed that the software presented differences in the effective steel area. In general, the 60

CypeCad (CYPE, 2016) software obtained results close to Manual Calculus while Eberick (AltoQi, 61

2015) and TQS (TQS Informática, 2017) presented larger effective steel areas. 62

KEYWORDS: CypeCad, Eberick, TQS, Reinforced Concrete, Comparation. 63

1. INTRODUÇÃO 64

O cálculo estrutural de um edifício corresponde à concepção, análise, dimensionamento e 65

detalhamento de uma estrutura de maneira que ela possa sustentar todas as cargas pré-estabelecidas 66

e transmiti-las para o solo através da fundação. 67

A concepção estrutural, ou simplesmente estruturação, segundo Pinheiro L.M. (2003) consiste 68

em escolher os elementos a serem utilizados na estrutura, definindo suas posições de modo a formar 69

Page 3: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

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um sistema estrutural eficiente, capaz de absorver os esforços oriundos das ações atuantes e 70

transmiti-los ao solo de fundação. 71

A análise estrutural constitui-se no cálculo e análise dos deslocamentos e esforços solicitantes 72

nos pilares, nas vigas e nas lajes que compõe o edifício. É uma etapa importante, pois enxerga-se o 73

comportamento da estrutura como todo, sendo o dimensionamento e detalhamento realizados com 74

base nos seus resultados. 75

O Dimensionamento é a etapa que as armaduras necessárias dos elementos estruturais são 76

dimensionadas de acordo com as solicitações calculadas durante a análise estrutural. Posteriormente 77

é realizado o detalhamento destes elementos onde é possível verifica-los e edita-los, pois existem 78

diversas condições que não são consideradas pelos softwares de forma automática. 79

O objetivo deste trabalho foi realizar uma análise comparativa entre os resultados obtidos com 80

auxílio de diferentes softwares de estruturas presentes no mercado e por meio de cálculos manuais, 81

através de um estudo de caso, em que foi dimensionado um edifício de concreto armado de sete 82

pavimentos, composto por lajes, vigas e pilares. Os softwares utilizados neste trabalho foram o 83

CypeCad (CYPE, 2016), Eberick (AltoQi, 2015) e TQS (TQS Informática, 2017), pois trata-se dos 84

programas mais utilizados para dimensionamento de estruturas no Brasil. 85

O primeiro software, CypeCad versão 2016 da CYPE é um programa para projeto estrutural 86

em concreto armado, pré-moldado, protendido e misto de concreto e aço que engloba as etapas de 87

lançamento de projeto, análise estrutural por meio de pórticos espaciais, dimensionamento e 88

detalhamento final dos elementos. 89

O segundo, Eberick V10 da AltoQi, é um software utilizado para elaboração de projetos 90

estruturais em concreto armado moldado in-loco e concreto pré-moldado que engloba as etapas de 91

lançamento, análise da estrutura por meio do método de analogia de grelhas e pórticos espaciais, 92

dimensionamento e o detalhamento final dos elementos. 93

O terceiro software, TQS V19 da empresa TQS Informática Ltda é capaz de fazer projetos 94

estruturais em concreto armado e alvenaria estrutural com análise de esforços através de pórtico 95

espacial e analogia de grelhas. Assim como os outros programas, ele também possui um conjunto 96

de ferramentas para o cálculo, dimensionamento, detalhamento final dos elementos. 97

É importante ressaltar que neste trabalho todos os cálculos manuais, assim como os softwares 98

utilizados, estão de acordo com as seguintes normas brasileiras: ABNT NBR 6118:2014 - Projetos 99

de Estruturas de concreto-Procedimento; ABNT NBR 6120:1980 - Cargas para o cálculo de 100

estruturas de edificações; ABNT NBR 7480:1996 - Barras e Fios de aço destinados a armaduras 101

para concreto armado; ABNT NBR 6123:1988 - Forças devidas ao vento em edificações e ABNT 102

NBR 8681:2002 - Ações e segurança nas estruturas-Procedimento. 103

104

Page 4: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

4

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 105

Um estudo de caso realizado por Vergutz e Custódio (2010) pela Universidade Federal do 106

Paraná, cujo tema foi “Análise comparativa de resultados obtidos em softwares de 107

dimensionamento de estruturas em concreto armado”, mostrou resultados comparando as cargas que 108

chegam á fundação e consumo de aço pelos três softwares utilizado neste estudo e o cálculo manual 109

conforme mostrado nas Tabelas 1 e 2 respectivamente. 110

Tabela 1 - Cargas na fundação de três pilares (VERGUTZ e CUSTÓDIO, 2010). 111

Pilar Seção (cm) Estimada TQS Eberick CypeCad

P1 15 x 30 13,90 17,80 20,70 18,4

P2 15 x 30 13,90 33,10 30,70 30,3

P3 15 x 30 11,40 17,40 22,20 20,6

Tabela 2 - Comparativo do consumo de aço em um pilar (VERGUTZ e CUSTÓDIO, 2010). 112

Programa Nd (tf) As, calculado (cm²) As, adotado (cm²) As, efetiva (cm²)

Eberick 26,90 12,60 16 Φ10 mm 12,57

TQS 28,10 20,10 10 Φ16 mm 20,11

CypeCad 24,92 10,00 6 Φ16 mm 12,06

Manual 26,90 5,89 8 Φ10 mm 6,28

Freitas et al. (2014) em “Cálculos Estruturais em Concreto Armado: Comparativo entre o 113

cálculo manual e com auxílio de software” também faz um comparativo entre o Eberick (AltoQi, 114

2010) e o cálculo manual conforme mostrado na Tabela 3. 115

Tabela 3 - Comparativo do consumo de aço nas vigas (FREITAS et al., 2014). 116

Viga Eberick Manual

As (cm²) As (cm²)

V1 3,66 3,47

2,79 2,69

V2 2,97 2,82

V3 2,97 2,82

V4 3,66 3,47

2,79 2,69

V5 3,66 3,47

2,79 2,69

V6 4,62 4,44

4,57 4,39

V7 1,91 1,86

3,06 2,97

2.1 Modelo estrutural 117

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5

Kimura (2007) define modelo estrutural como um protótipo que procura simular um edifício 118

real no computador. Existem inúmeros modelos estruturais que podem ser empregados na análise de 119

edifícios em concreto armado sendo alguns mais simples e outros mais complexos. 120

Alguns modelos estão citados a seguir de maneira resumida para que se entenda melhor como 121

é feito a análise estrutural. 122

2.1.1 Métodos aproximados com vigas contínuas 123

Trata-se de um modelo estrutural simples, de fácil compreensão e que permite uma 124

visualização muito clara do percurso das cargas verticais aplicadas ao edifício até as fundações. No 125

entanto possui algumas aproximações que limitam seu uso para cálculo de estruturas mais 126

complexas. Uma dessas limitações é que o modelo estrutural não considera torção nas vigas, isto é, 127

desconsidera o efeito da torção. 128

Segundo Kimura (2007) a análise estrutural baseada neste modelo é realizada da seguinte 129

maneira: 130

Os esforços e as flechas nas lajes são calculados a partir de tabelas baseadas em 131

diversos métodos aproximados. 132

As cargas das lajes são transferidas para as vigas por área de influência. 133

Os esforços e as flechas nas vigas são calculados por meio do modelo clássico de viga 134

contínua com apoios simples que simulam os pilares. 135

A reação vertical obtida nos apoios das vigas é transferida como carga concentrada 136

nos pilares. 137

2.1.2 Grelha de vigas e lajes 138

Este modelo é utilizado para análise estrutural de um pavimento sendo assim denominado 139

como análise de pavimentos por “analogias de grelhas”. Kimura (2007) fala que o modelo é 140

composto por elementos lineares dispostos no plano horizontal do piso que simulam as vigas e 141

lajes, formando uma malha de barras submetidas a cargas verticais. Os pilares são representados por 142

apoio simples. 143

Nesse modelo, a interação entre todas as lajes e vigas do pavimento é considerada de forma 144

bastante precisa. Uma vez que aplicada as cargas verticais nos elementos, a distribuição dos 145

esforços nas lajes é feita automaticamente de acordo com a rigidez de cada barra. O esforço migrará 146

automaticamente para as regiões de maior rigidez. 147

2.1.3 Pórtico Plano 148

De acordo com Kimura (2007), este modelo é destinado à análise do comportamento global 149

de um edifício e não apenas de um pavimento. Uma parte da estrutura é analisada por barras 150

Page 6: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

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dispostas num mesmo plano vertical que representam um conjunto de vigas e pilares presentes em 151

um mesmo alinhamento do edifício. 152

Cada nó entre os elementos lineares possui três graus de liberdade (duas translações e uma 153

rotação), possibilitando a obtenção dos deslocamentos e esforços em todas as vigas e pilares. A 154

interpretação e análise dos resultados são simples, principalmente quando se dispõe de recursos 155

gráficos em um sistema computacional. 156

2.1.4 Pórtico espacial 157

Segundo Kimura (2007), o modelo estrutural de pórtico espacial é um modelo tridimensional, 158

composto por barras que representam os pilares e vigas presentes num edifício, o que possibilita 159

uma avaliação bastante completa e eficiente do comportamento global da estrutura. Este modelo 160

admite a aplicação simultânea de ações verticais e horizontais, podendo ser avaliado o 161

comportamento em todas as direções e sentidos. 162

Cada nó entre os elementos lineares possui seis graus de liberdade (três translações e três 163

rotações), possibilitando a obtenção dos deslocamentos e esforços em todas as vigas e pilares. 164

2.1.5 Elementos finitos 165

Kimura (2007) apresenta o Método dos Elementos Finitos (MEF) como um método numérico 166

consagrado e eficiente que pode ser plenamente utilizado na análise de inúmeros tipos de estruturas 167

de concreto armado. Cada elemento finito possui um comportamento particular pré-definido que, 168

uma vez superposto aos demais elementos da malha, simulam a estrutura analisada. 169

Kimura (2007) ainda fala que assim como o método com grelhas de vigas e lajes, um modelo 170

composto por elementos finitos de placa pode ser utilizado na análise de pavimentos. As vigas são 171

representadas por barras como na grelha. Porém, as lajes não são simuladas por elementos lineares, 172

mas sim elementos bidirecionais chamados de placas. Cada placa é subdividida ou discretizada em 173

diversas placas menores. 174

2.2 Ação do Vento 175

Para Chust e Carvalho (2011) a formação do vento depende de uma série de fenômenos 176

meteorológicos e é um fator muito importante para se levar em conta no cálculo estrutural. Por essa 177

razão, o projetista deve considerar na análise estrutural a direção do vento que seja mais 178

desfavorável para a estrutura. 179

A ABNT NBR 6118:2014 prescreve que os esforços devido à ação do vento devem ser 180

determinados de acordo com a ABNT NBR 6123:1988, forças devidas ao vento em edificações. 181

Segundo esta norma técnica a pressão que o vento exerce em um edifício pode ser calculada pelas 182

Equações 1 e 2 a seguir. 183

20,613vento kq V Eq. (1) 184

Page 7: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

7

0 1 2 3kV V S S S Eq. (2) 185

em que: 186

𝑞𝑣𝑒𝑛𝑡𝑜 = Pressão de obstrução causada pelo vento (kN/m²); 187

𝑉𝑘 = Velocidade característica utilizada em projeto (m/s); 188

𝑉0 = Velocidade básica do vento (m/s); 189

𝑆1 = Fator que depende da topografia (fator topográfico); 190

𝑆2 = Fator de rugosidade do terreno (dimensões e altura da edificação); 191

𝑆3 = Fator estatístico. 192

2.3 Estabilidade global 193

A ABNT NBR 6118:2014 define estruturas de nós fixos como aquelas em que os 194

deslocamentos horizontais dos nós são pequenos e com isso pode-se desprezar os efeitos globais de 195

segunda ordem passando a considerar apenas os efeitos locais de primeira ordem. Já as estruturas de 196

nós móveis são aquelas em que os deslocamentos horizontais não são pequenos e, em decorrência, 197

os efeitos globais de segunda ordem são importantes e devem ser considerados. 198

“Os efeitos de 2ª ordem são aqueles que se somam aos obtidos em uma análise de primeira 199

ordem (em que o equilíbrio da estrutura é estudado na configuração geométrica inicial), 200

quando a análise do equilíbrio passa a ser efetuada considerando a configuração deformada. 201

Estes efeitos cuja determinação deve ser considerado o comportamento não linear dos 202

materiais, podem ser desprezados sempre que não representarem acréscimo superior a 10 % 203

nas reações e nas solicitações relevantes na estrutura. (ABNT NBR, 2014, p. 100).” 204

O item 15.5 da ABNR NBR 6118:2014, “Dispensa da consideração dos esforços globais de 205

2ª ordem” prescreve as condições para que os efeitos globais de segunda ordem possam ser 206

dispensados, sendo uma delas o coeficiente 𝛾𝑧. Este é válido para estruturas reticuladas de no 207

mínimo quatro andares e por meio dele podemos avaliar a importância dos esforços de segunda 208

ordem. Considera-se que a estrutura é de nós fixos se o coeficiente 𝛾𝑧 for menor que 1,1. O valor de 209

𝛾𝑧 é determinado utilizando Equação 3. 210

,

1, ,

1

1z

tot d

tot d

M

M

Eq. (3) 211

em que: 212

𝛾𝑧 = Coeficiente de avaliação dos efeitos globais da estrutura; 213

∆𝑀𝑡𝑜𝑡,𝑑 = Soma dos produtos de todas as forças verticais atuantes na estrutura (kN.m); 214

𝑀1,𝑡𝑜𝑡,𝑑 = Soma dos momentos de todas as forças horizontais em relação à base da estrutura 215

(kN.m). 216

Page 8: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

8

O item 15.7.3 da ABNT NBR 6118:2014, “Consideração aproximada da não linearidade 217

física”, diz que pode ser considerada a não linearidade física de maneira aproximada tomando-se 218

como rigidez dos elementos estruturais os seguintes valores: 219

Lajes: (𝐸𝐼)𝑠𝑒𝑐= 0,3. 𝐸𝑐𝑖𝐼𝑐; 220

Vigas: (𝐸𝐼)𝑠𝑒𝑐= 0,4. 𝐸𝑐𝑖𝐼𝑐 para 𝐴𝑠 ≠ 𝐴′𝑠 e 221

(𝐸𝐼)𝑠𝑒𝑐= 0,4. 𝐸𝑐𝑖𝐼𝑐 para 𝐴𝑠 = 𝐴′𝑠 222

Pilares: (𝐸𝐼)𝑠𝑒𝑐= 0,8. 𝐸𝑐𝑖𝐼𝑐; 223

em que: 224

(𝐸𝐼)𝑠𝑒𝑐 = Rigidez secante; 225

𝐸𝑐𝑖 = Módulo de deformação tangente inicial do concreto; 226

𝐼𝑐 = Momento de inércia da seção do concreto; 227

𝐴𝑠 = Área da seção transversal da armadura longitudinal de tração; 228

𝐴′𝑠 = Área da seção transversal da armadura longitudinal de compressão; 229

3 METODOLOGIA 230

3.1 Dados do projeto 231

Com o objetivo de realizar um comparativo entre os três softwares e o cálculo manual, o 232

projeto piloto foi lançado de forma similar entre eles buscando uma análise, dimensionamento e 233

detalhamento correto. É importante antes de começar um projeto estrutural fazer uma análise 234

criteriosa no projeto arquitetônico já elaborado previamente. 235

No Apêndice A encontra-se a planta baixa do pavimento tipo do projeto piloto utilizado neste 236

trabalho. O projeto piloto trata-se de uma edificação multifamiliar com sete pavimentos. 237

Para facilitar o cálculo manual este estudo não considerou escadas, reservatórios e fundações 238

no comparativo. Todos os pavimentos são de laje maciça e possuem pé direito de 3,0 metros. O 239

concreto utilizado foi o C25 para lajes, pilares e vigas. O coeficiente de ponderação no Estado 240

Limite Último (ELU) de acordo com a ABNT NBR 6118:2014 para o concreto é de 1,4. Os tipos de 241

aço utilizados foram CA-50 e CA-60 com coeficiente desfavorável de 1,15 no ELU. A ação do 242

vento será considerada visto que o edifício possui 21 m de altura. 243

3.2 Cálculo manual 244

O cálculo manual foi realizado com o auxílio de planilhas Excel (Microsoft, 2016), AutoCAD 245

(Autodesk, 2015), Ftool (CTC PUC-RIO, 1992), P-Calc (TQS Informática, 2017) e as 246

recomendações sobre dimensionamento apresentadas por Bastos (2013) e Chust (2011). 247

Primeiramente foram calculadas as lajes e as vigas. Uma vez que estes dois elementos foram 248

dimensionados então já foi possível calcular os pilares. Toda estrutura foi lançada no software Ftool 249

(CTC PUC-RIO, 1992) na forma de pórticos planos longitudinais e transversais a fim de obter os 250

Page 9: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

9

esforços solicitantes. Chust e Carvalho (2011) dizem que quando a estrutura é composta de diversos 251

pórticos e está submetida à ação do vento, as ações nos elementos podem ser calculadas através de 252

um pórtico tridimensional. Porém em algumas situações é possível simplificar o problema e 253

considerar o vento atuando em uma associação de pórticos bidimensionais conforme mostrado no 254

Apêndice I. 255

O estado-limite considerado no cálculo do edifício foi o estado limite último e as 256

combinações das ações foram feitas de forma a obter os efeitos mais desfavoráveis para a estrutura. 257

Assim a verificação da segurança foi feita em função de combinações últimas representadas a 258

seguir: 259

Combinação 1: 𝛾𝐺. 𝐺𝑘 + 𝛾𝑞.( 𝑄𝑘 + 𝛹0. 𝑊𝑥) = 1,4.𝐺𝑘 + 1,4.𝑄𝑘 + 0,84.𝑊𝑥 260

Combinação 2: 𝛾𝐺. 𝐺𝑘 + 𝛾𝑞.( 𝑄𝑘 + 𝛹0. 𝑊𝑦) = 1,4.𝐺𝑘 + 1,4.𝑄𝑘 + 0,84.𝑊𝑦 261

Combinação 3: 𝛾𝐺. 𝐺𝑘 + 𝛾𝑞.( 𝑊𝑥 + 𝛹0.𝑄𝑘) = 1,4.𝐺𝑘 + 1,4.𝑊𝑥 + 0,70.𝑄𝑘 262

Combinação 4: 𝛾𝐺. 𝐺𝑘 + 𝛾𝑞.( 𝑊𝑦 + 𝛹0.𝑄𝑘) = 1,4.𝐺𝑘 + 1,4.𝑊𝑦 + 0,70.𝑄𝑘 263

Em que: 264

𝐺𝑘 = Peso próprio (kN/m); 265

𝑄𝑘 = Sobrecarga (kN/m); 266

𝑊𝑥 = Vento Longitudinal (kN/m); 267

𝑊𝑦 = Vento Transversal (kN/m); 268

𝛹0 = Fator da redução de combinação para ELU: 269

𝛾𝐺 = Coeficiente de majoração do peso próprio; 270

𝛾𝑞 = Coeficiente de majoração da sobrecarga. 271

As planilhas e os arquivos DWG’s com todo o dimensionamento das lajes, vigas, pilares, 272

cálculo do vento, coeficiente 𝛾𝑧, e as cargas na fundação encontram-se nos Apêndice B, C, D, E, F e 273

G, respectivamente. 274

3.3 Cálculo pelo software CypeCad 275

Neste software a análise da estrutura é feito por meio de pórticos espaciais que utilizam 276

métodos matriciais de rigidez. Desta forma em cada nó da estrutura são considerados 6 graus de 277

liberdade que permite obter a flexibilidade, translação e rotação do sistema estrutural. Assim é 278

possível obter a deformabilidade do plano de cada pavimento, considerando o comportamento 279

rígido das lajes. 280

Para o lançamento dos elementos, o programa possui uma plataforma CAD que ajuda no 281

lançamento dos elementos estruturais (pilares, vigas e lajes) sobre as máscaras (moldes) que são 282

importadas como arquivos DWG ou DXF. 283

Page 10: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

10

É importante configurar alguns coeficientes que futuramente irão fazer diferença no 284

processamento da estrutura sendo os principais o de engastamento e flambagem. O coeficiente de 285

engastamento varia de 0,0 a 1,0 ajustando a proporcionalidade de engastamento estrutural. Para este 286

estudo foi considerado o coeficiente de engastamento igual a 1,0 para engaste de pilares com vigas, 287

lajes e vigas internas. Nas vigas de contorno das lajes adotou-se 0,0. No caso do coeficiente de 288

flambagem dos pilares utilizou-se 1,0 e para os demais elementos foram mantidos os valores pré-289

definidos do programa. 290

De maneira geral as etapas para o lançamento da estrutura no CypeCad (CYPE, 2016) são 291

feitas conforme o fluxograma da Figura 1. Na Figura 2 pode-se visualizar a imagem 3D do modelo 292

estrutural. 293

294

Figura 1 - Fluxograma CypeCad (CYPE, 2016). 295

296

Figura 2 - Estrutura 3D no software CypeCad (CYPE, 2016). 297

3.4 Cálculo pelo software Eberick 298

O lançamento da estrutura no software Eberick (AltoQi, 2015) é semelhante ao do CypeCad 299

(CYPE, 2016). Os tipos de engastamento adotados foram os mesmos utilizados no CypeCad 300

Criação do Arquivo Cype

Dados Gerais Importação das

Máscara

Definição número de

pisos

Definição do Pé direito

Inserção Cargas Permanentes e

Sobrecargas

Ajuste da cota de Fundação

Lançamento dos Pilares

Lançamento das Vigas

Lançamento das Lajes

Aplicação de cargas na estrutura

Cálculo da Estrutura

Correção dos Erros

Plotagem das Pranchas

Page 11: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

11

(CYPE, 2016) a fim de simular uma situação semelhante para fazer o comparativo no final. A 301

análise estrutural é feita através de pórticos espaciais e para conhecer o comportamento das lajes 302

utiliza-se o método de analogia de grelhas. 303

Depois de seguir todas as etapas de lançamento foi possível visualizar a imagem 3D do 304

edifício conforme a Figura 3. 305

306

Figura 3 - Estrutura 3D no software Eberick (AltoQi, 2015). 307

3.5 Cálculo pelo software TQS 308

O dimensionamento pelo software TQS (TQS Informática, 2017) é realizado com base em 309

uma série de informações e arquivos que devem ser criados antes do lançamento. A máscara 310

(molde) no qual os elementos vão ser lançados como referência deve ser criada em um arquivo 311

DWG específico do software. 312

O TQS (TQS Informática, 2017) assim como os demais softwares, possui um modelo 313

estrutural composto por grelhas e pórticos espaciais que funcionam em conjunto permitindo que se 314

faça a análise estrutural e o cálculo de forma mais realista. 315

Coma criação da base de dados do edifício feita é possível fazer o lançamento dos dados 316

gerais, a inserção da máscara em arquivo DWG/TQS, lançamento dos elementos estruturais 317

(pilares, vigas e lajes) e cargas adicionais de paredes para o pavimento tipo. Em seguida, este 318

pavimento é copiado para os demais e então o programa realiza a análise estrutural e o 319

dimensionamento dos elementos estruturais. 320

Alguns erros são apresentados pelo programa e devem ser corrigidos para a organização das 321

pranchas e posteriormente começar plotagem. Após seguir estas etapas já é possível visualizar o 3D 322

do edifício conforme mostrado na Figura 4. 323

Page 12: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

12

324

Figura 4 - Estrutura 3D no software TQS (TQS Informática, 2017). 325

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 326

Os resultados mostrados a seguir foram extraídos das planilhas de dimensionamento do 327

cálculo manual do edifício e dos relatórios gerados pelos softwares CypeCad (CYPE, 2016), 328

Eberick (AltoQi, 2015) e TQS (TQS Informática, 2017). Como o edifício possui 25 pilares, 17 lajes 329

e 18 vigas por pavimento optou-se por fazer a análise em três pilares sendo um de canto, um lateral 330

e um central. Para análise das vigas e lajes foram escolhidas duas vigas e as dezessete lajes do 331

quinto pavimento. 332

4.1 Cargas na fundação 333

Ao comparar os valores das cargas que chegam à fundação do edifício levou-se em conta a 334

forma como cada elemento foi dimensionado, bem como as combinações que foram consideradas. 335

Na Figura 5 mostram-se os resultados obtidos para a carga individualizada de cada pilar que 336

descarrega na sua fundação. Os softwares Eberick (AltoQi, 2015) e TQS (TQS Informática, 2017) 337

apresentaram, na maioria dos casos, valores de cargas maiores em relação ao cálculo manual e ao 338

CypeCad (CYPE, 2016). 339

Page 13: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

13

340

Figura 5 - Cargas na fundação. 341

4.2 Vento 342

Ao calcular os esforços do vento nas duas direções constatou-se que os valores obtidos no 343

cálculo manual foram bastante próximos aos dos softwares, como pode ser verificado nas Figuras 6 344

e 7. Os esforços na direção Y foram superiores a direção X como esperado devido a sua área de 345

influência ser maior. Como o primeiro pavimento está acima da fundação ele recebe pouca força do 346

vento e por isso os valores são nulos ou próximos de zero. Já o oitavo pavimento obteve esforços 347

dos ventos menores devido a sua área de influência ser apenas a metade do sétimo pavimento. 348

349

Figura 6 - Esforços do vento em X. 350

500,0600,0700,0800,0900,0

1000,01100,01200,01300,01400,01500,01600,01700,01800,01900,02000,0

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

P9

P1

0

P1

1

P1

2

P1

3

P1

4

P1

5

P1

6

P1

7

P1

8

P1

9

P2

0

P2

1

P2

2

P2

3

P2

4

P2

5

Ca

rga

ver

tica

l (k

N)

Pilares

Eberick

CypeCad

TQS

Manual

5,06,07,08,09,0

10,011,012,013,014,015,016,017,018,019,020,0

1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º

Fo

rça

do

ven

to (

kN

)

Pavimentos

Esforços do Vento em X

Eberick

CypeCad

TQS

Manual

Page 14: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

14

351

Figura 7 - Esforços do vento em Y. 352

4.3 Pilares 353

Tendo em vista os resultados obtidos do cálculo manual e por meio dos softwares observa-se 354

que houve certa diferença na área de aço efetiva dos pilares, conforme mostrado nas Figuras 8, 9 e 355

10. O pilar 01, que é um pilar de canto, obteve-se uma área de aço efetiva menor quando comparada 356

aos pilares 02 (lateral) e 09 (central). Isso já era esperado, uma vez que os pilares centrais tendem a 357

receber mais esforços das lajes e vigas devido aos caminhos das cargas. 358

Os softwares Eberick (AltoQi, 2015) e CypeCad (CYPE, 2016) apresentaram áreas de aço 359

efetivas maiores para os pilares 01 e 02 na maioria dos pavimentos. Já o TQS (TQS Informática, 360

2017) obteve valores próximos ao cálculo manual, com algumas elevações da área de aço no 361

primeiro e segundo pavimento para os pilares 02 e 09. 362

363

Figura 8 - Área de aço efetiva do pilar 01. 364

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º

Fo

rça

do

ven

to (

kN

)

Pavimentos

Esforços do Vento em Y

Eberick

CypeCad

TQS

Manual

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

8º 7º 6º 5º 4º 3º 2º 1º

Áre

a d

e a

ço e

feti

va

(cm

²)

Pavimentos

Pilar 01 - De Canto

Eberick

CypeCad

TQS

Manual

Page 15: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

15

365

Figura 9 - Área de aço efetiva do pilar 02. 366

367

Figura 10 - Área de aço efetiva do pilar 09. 368

4.4 Vigas 369

As vigas 06 e 09 do quinto pavimento, que foram escolhidas para análise, apresentaram 370

algumas diferenças quanto à sua área de aço efetiva. A armadura longitudinal da viga 06 obteve alta 371

quantidade de aço nas suas extremidades. Os softwares TQS (TQS Informática, 2017) e Eberick 372

(AltoQi, 2015) foram os que mais apresentaram área de aço efetiva. A taxa de aço da armadura 373

transversal variou entre dois a oito centímetros quadrados e, neste caso, o cálculo manual 374

apresentou os menores valores em todos os tramos. 375

Para a viga 09 obteve resultados próximos entre o cálculo manual e os três softwares. A área 376

de aço efetiva da armadura longitudinal variou entre sete e dez centímetros quadrados. Da mesma 377

forma que na viga 06, a área de aço efetiva das armaduras transversais também foi maior nos 378

softwares Eberick (AltoQi, 2015) e TQS (TQS Informática, 2017). 379

Como as vigas são dimensionadas em função dos seus esforços solicitantes, o Apêndice H 380

mostra a sobreposição dos diagramas de momento fletor e esforço cortante dos três softwares e o 381

cálculo manual para entender melhor o comportamento das vigas e comparar os resultados. 382

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

8º 7º 6º 5º 4º 3º 2º 1º

Áre

a d

e a

ço e

feti

va

(cm

²)

Pavimentos

Pilar 02 - Lateral

Eberick

CypeCad

TQS

Manual

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

8º 7º 6º 5º 4º 3º 2º 1º

Áre

a d

e a

ço e

feti

va

(cm

²)

Pavimentos

Pilar 09 - Central

Eberick

CypeCad

TQS

Manual

Page 16: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

16

Observa-se que o software CypeCad (CYPE, 2016) tem o seu momento fletor máximo nas 383

extremidades um pouco antes dos outros softwares. Isso ocorre porque a medida que a viga acaba e 384

começa o pilar, o programa transmite os esforços para o pilar aliviando a viga. Já o Eberick (AltoQi, 385

2016) e o TQS (TQS Informática, 2017) vão com o momento fletor até o eixo central do pilar 386

gerando maiores momentos fletores e consequentemente maior área de aço efetiva. Nas Figuras 11, 387

12, 13 e 14 mostram-se o comparativo da área de aço efetiva das duas vigas. 388

389

Figura 11 - Armadura longitudinal da viga 06. 390

391

Figura 12 - Armadura transversal da viga 06. 392

5

6

7

8

9

10

a b c d e

Áre

a d

e a

ço e

feti

va

(cm

²)

Tramos

Armadura Longitudinal - Viga 06

Eberick

CypeCad

TQS

Manual

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

a b c d e

Áre

a d

e a

ço e

feti

va

(cm

²)

Tramos

Armadura Transversal - Viga 06

Eberick

CypeCad

TQS

Manual

Page 17: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

17

393

Figura 13 - Armadura longitudinal da viga 09. 394

395

Figura 14 - Armadura transversal da viga 09. 396

4.5 Lajes 397

Após realizado o dimensionamento das lajes do quinto pavimento e lançado nos três 398

programas observou-se que o software TQS (TQS Informática, 2017) obteve maior taxa (cm²/m) de 399

armadura positiva e o software Eberick (AltoQi, 2015) de armadura negativa. O software CypeCad 400

(CYPE, 2016) obteve resultados próximos ao cálculo manual na maioria das lajes, tanto para 401

armadura positiva, quanto para a negativa, conforme exibido nas Figuras 15 e 16. 402

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

a b c

Áre

a d

e a

ço e

feti

va

(cm

²)

Tramos

Armadura Longitudinal - Viga 09

Eberick

CypeCad

TQS

Manual

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

a b c

Áre

a d

e a

ço e

feti

va

Tramos

Armadura Transversal - Viga 09

Eberick

CypeCad

TQS

Manual

Page 18: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

18

403

Figura 15 - Armadura positiva das lajes do 5º pavimento. 404

405

Figura 16 - Armadura negativa das lajes do 5º pavimento. 406

4.6 Coeficiente 𝜸𝒛 407

Os valores obtidos do coeficiente 𝛾𝑧 foram bastante coerentes e próximos entres os softwares 408

e o cálculo manual conforme mostrado na Figura 17. De acordo com o item 15.5 da ABNT NBR 409

6118:2014, dispensa-se os esforços globais de 2ª ordem se o coeficiente 𝛾𝑧 for inferior a 1,1, então 410

pode-se dizer que para o edifício em estudo estes esforços devem ser considerados. Uma forma de 411

diminuir os deslocamentos horizontais e consequentemente o coeficiente 𝛾𝑧 é deixar a estrutura 412

mais rígida, a partir da inserção de pilares paredes e caixa de elevador no edifício, por exemplo. 413

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9

L10

L11

L12

L13

L14

L15

L16

L17

Áre

a d

a s

eçã

o d

e b

arr

as

po

r m

etro

de

larg

ura

(cm

²/m

)

Lajes

Armadura Positiva das Lajes

Eberick

CypeCad

TQS

Manual

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0

1 e 8

1 e 2

2 e 3

2 e 9

6 e 11

6 e 7

7 e 12

12 e 17

17 e 16

11 e 16

15 e 16

15 e 10

14 e 15

14 e 9

13 e 14

13 e 8

5 e 6

Área da seção de barras por metro de largura (cm²/m)

La

jes

Armadura Negativa das Lajes

Manual

TQS

Cypecad

Eberick

Page 19: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

19

414

Figura 17 – Coeficiente gama Z. 415

5 CONCLUSÃO 416

É fato que a informatização nos processos de cálculo de um edifício traz muitas vantagens 417

obtendo eficiência e menos tempo na elaboração de um projeto estrutural em comparação com o 418

cálculo manual. Isto só foi possível depois de anos de estudos e aperfeiçoamentos para que a 419

tecnologia mais uma vez se tornasse aliada do homem. 420

De acordo com os objetivos impostos por este estudo, chegou-se aos resultados esperados 421

para fazer o comparativo no dimensionamento do edifício utilizando o cálculo manual e os 422

softwares CypeCad (CYPE, 2016), Eberick (AltoQi, 2015) e TQS (TQS Informática, 2017). 423

A escolha de qual programa utilizar é relativa, pois cada um tem suas vantagens desde o 424

lançamento dos elementos estruturais até a geração das pranchas. O tempo de processamento deles 425

são diferentes com os softwares Eberick (AltoQi, 2015) e TQS (TQS Informática, 2017) demorando 426

mais que o CypeCad (CYPE, 2016) para processar toda estrutura do edifício. Os elementos 427

analisados apresentaram diferenças de área de aço. No geral o software CypeCad (CYPE, 2016) 428

obteve área de aço menor que os softwares Eberick (AltoQi, 2015) e TQS (TQS Informática, 2017). 429

As cargas na fundação foram semelhantes entres os três softwares e o cálculo manual. 430

Os resultados mostraram que o software CypeCad (CYPE, 2016) obteve valores próximos ao 431

cálculo manual e que os softwares Eberick (AltoQi, 2015) e TQS (TQS Informática, 2017) 432

apresentaram valores maiores evidenciando um possível superdimensionamento dos elementos 433

estruturais do edifício. No geral os resultados foram bastante satisfatórios e coerentes. 434

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 435

ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de 436

estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, 2014. 437

ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6120: Cargas para o 438

cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, 1980. 439

ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6123: Forças devidas 440

ao vento em edificações. Rio de Janeiro, 1988. 441

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

X+ X- Y+ Y-V

alo

res

do

Ga

ma

Z

Direção

Gama Z

Eberick

CypeCad

TQS

Manual

Page 20: ESTUDO COMPARATIVO NO DIMENSIONAMENTO DE UM …

20

ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7480: Barras e fios de 442

aço destinados a armadura para concreto armado. Rio de Janeiro, 1996. 443

ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8681: Ações e 444

segurança nas estruturas – Procedimento. Rio de Janeiro, 2002. 445

BASTOS, P.S.S. Dimensionamento de vigas de concreto armado ao esforço cortante. 446

Disciplina 1309 – Estruturas de Concreto II. Bauru/SP, Departamento Engenharia Civil, 447

Faculdade de Engenharia - Universidade Estadual Paulista - UNESP, mar/2006, 55p. Disponível 448

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BASTOS, Paulo Sérgio dos Santos. Fundamentos do Concreto Armado. 2013. 98 f. Estruturas de 450

Concreto I, Curso de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia, da Universidade 451

Estadual Paulista – UNESP, Campus de Bauru, 2013. 452

CARVALHO, Roberto Chust; Figueiredo Filho, Jasson Rodrigues. Cálculo e Detalhamento de 453

Estruturas de Concreto Armado. 6ª reimpressão. Ed. UFSCar, 2013. 454

CARVALHO, Roberto Chust; PINHEIRO, Libânio Miranda. Cálculo e detalhamento de 455

estruturas usuais de concreto armado: Volume 2. 4a. Edição São Paulo: Editora Pini Ltda, 2011. 456

KIMURA, Alio. Informática aplicada em estruturas de concreto armado: cálculo de edifícios 457

com o uso de sistemas computacionais. São Paulo: PINI, 2007. 458

MARTHA, Luiz Fernando; Método dos elementos finitos: modelos de elementos finitos para 459

analise estrutural. Rio de Janeiro: PUC-Rio. 1994. 52 p. 460

TQS INFORMÁTICA. Sistema CAD/TQS – Manual do Usuário. São Paulo, 2017. 461

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2000. 464

PINHEIRO, L.M.; BARALDI, L.T.; POREM, M.E. Concreto Armado: Ábacos para flexão 465

oblíqua. São Carlos, Departamento de Engenharia de Estruturas, Escola de Engenharia de São 466

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